基于epon的ftth宽带光接入网设计——本科毕业设计论文(编辑修改稿)

基于epon的ftth宽带光接入网设计——本科毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

ON 具有较大的成本及性能优势。 首先 :EPON 提供了多业务支持 可以提供数据、租用线、电话、 IPTV 和 CATV 等多种典型业务。 其次 :EPON 保持了以太网适应通信网 IP 化发展的优势 :还能通过TDM over IP 技术兼容传统的电信网 :较好的支持 TDM 业务。 最后 :在传送效率、传送距离和传送速率方面都有很高的性能指标。 吉比特 PON (GPON) 20xx 年 ， 在 IEEE 积极制定标准的同时 ， 全业务接入网络 ,FSAN,组织开始发起制定速率超过 1Gbit/s 的 PON 网络标准 GPON。 随后 ， ITUT 也介入到这一新标准的制定工作中来 ， 并于 20xx 年 1 月通过两个有关 GPON 的新标准 和,速率提高到 ,。 按 照这一标准的规定 ， GPON 可以提供的。 传输距离至少达到 20km， 具有高速高效传输的特点。 而且 ， GPON 还在传输汇聚层采用了一个全新的标准 GFP，这是一种可以透明高效地将各种数据信号封装进现有网络的、开放的、通用的标准信号适配映射技术 ， 可以适应任何用户信号格式和任何传输网络制式 ， 全面体现了业务提供商对业务提供的灵活要求 ， 而 BPON 和 EPON 对每种特定业务都需要提供特定的适配方法。 由于采用 GFP 映射 ， GPON 的传输汇聚层本质上是同步的 ，并使用 SDH 标准的 125us 帧，因而使得 GPON 可以直接支持 TDM 业务。 几种 PON 接入技术的比较 APON 技术的核心部分采用 ATM 技术。 利用 ATM 的集中和统计复用特性 ,提供从窄带到宽带等各种业务 ,不仅支持可变速率业务 ,也支持时延要求较小的业务 ,具有支持多业务多比特率的能力。 APON 的对称速率 ()和非对称速率 (下行 ,上行 )。 传输距离最大 20km,支持的光分路比在 3264 之间。 APON 技术具备综合业务接入、 Qos 服务质量保证等独有的特点 ,由于标准 化时间较早 ,己有成熟商用化产品等等优点。 当然 APON 技术也存在利用 ATM 信元造成的传输效率较低带宽受限、系统相对复杂、价格较贵需要进行协议之间的转换等缺点。 EPON 和 GPON 的基本差别就是标准化 ,前者往往指非标设备 ,后者指符合 规范的设备技术的核心部分采用以太网技术。 在 EPON/GEPON 中 ,根据 以太网协议 ,传送的是可变长度的数据包。 由于以太网适合携带 IP业务 ,与 APON 相比 ,极大地减少了传输开销。 EPON/GEPON 能够提供高达 1Gbit/s的上下行带宽。 传输距 离最大 1020km。 支持的光分路比大于 16。 EPON 融合了PON 和以太网的优点 ,系统结构更简化 ,标准宽松 ,成本更低。 1Gbit/s 的高速宽带且易于升级。 与现有的以太网兼容 ,无需协议转换 :具有同时传输 TDM、 IP 数据和视频广播的能力等优点。 随着多协议标签交换 (MPLS)等新的 IP 服务质量 (Qos)技术的采用 ,也可提供一定的 Qos 保证。 EPON/GEPON 技术目前仍难以支持实时业务的服务质量 ,在安全性、可靠性等方面与电信级的服务相比仍有差距。 GPON 技术针对 1Gbit/s 以上的 PON 标准 ,除了对更高速率 的支持外 ,还是一种更佳、支持全业务、效率更高的解决方案。 引入通用成帧协议 (GFP),能将任何类型和任何速率的业务进行原有格式封装后经由 PON 传输 ,而且 GFP 帧头包含帧长度指示字节 ,可用于可变长度数据包的传递 ,大大提高了传输效率。 因此能更简单、通用、高效地支持全业务。 GPON 提供 和 和所有标准的上行速率。 传输距离可达 20KM(逻辑 60KM)。 支持的光分路比在64128 之间。 与 EPON 力求简单的原则相比 ,GPON 更注重多业务和 Qos 保证 :能够简单、通用、高效的透明传送各 种业务 ,具有前所未有的高比特率、高带宽 :非对称特性更能适应未来的 FTTH 宽带市场 ,传输距离更远、覆盖范围更广。 但是标准复杂且开发较晚 ,技术尚不成熟 ,其成本相对 EPON 仍显较高 ,目前未到达商品化阶段。 PON 的应用环境与发展趋势 PON 的应用环境 APON 适用于对带宽要求不高、对业务质量要求高或者需要运行混合业务的企事业单位的接入。 EPON 主要面向对带宽要求高、对业务质量和网络安个要求不是太高、对成本敏感的以太网业务为主的中小型企事业单位的接入 ,如果成本进一步下降 ,也将作为 FTTH的主要手段直接面向高端个人用户 .GPON适合于少数对带宽要求高、需要提供电信级服务质量 ,且成本不敏感的多业务需求的企事业单位的接入 PON 的发展趋势 APON 适用于对带宽要求不高、对业务质量要求高或者需要运行混合业务的企事业 单位的接入。 EPON 主要面向对带宽要求高、对业务质量和网络安个要求不是太高、对成本敏感的以太网业务为主的中小型企事业单位的接入 ,如果成本进一步下降 ,也将作为 FTTH 的主要手段直接面向高端个人用户。 GPON 适合于少数对带宽要求高、需要提供电信级服务质量 ,且成本不敏感的多业务需求的企事业单位的接入。 EPON 的参考结构 EPON 系统由局侧的光线路终端 (OLT)、用户侧的光网络单元 (ONU)和光分配网络 (ODN)组成 ,为单纤双向系统。 ODN 在 OLT 和 ONU 间提供光通道。 OLT 作为 EPON 的核心 ,OLT 主要实现以下功能 : a. 向 OUN 以广播方式发送以太网数据 b. 起并控制测趾过程 ,并记录测距信 c. 发起并控制 ONU 功率控制 d. 为 ONU 分配带宽 ,即控制 ONU 发送数据的起始时间和发送窗口大小 e. .其它相关的以太网功能 ONU/ONT 为用户提供接入的功 能 : a. 选择接收 OLT 发送的一播数据 b. 响应 OLT 发出的测距及功率控月命令 ,并作相应的调整 c. 对用户的以太网数据进行缓存 ,并在 OLT 分配的发送窗巾扫向上行方向发送 d. 其它相关的以太网功能 ODN 在 OLT 和 ONU 间提供光通道。 ODN 的无源光网络可以是一个或多个光分路器的级联 : a. EPON 是点到多点的光纤传输系统 b. 在单模光纤上 ,以 1000Mbps 速率 ,分路比为 1:32,传输距离达到 10km c. 在单模光纤上 )以 1000Mbps 速率 )分路比为 1:16)传输距离达到 20km d. 符合 ITUT 要求的单模光纤 e. 上行应使用 1260nm1360nm 波长 f. 下行应使用 1480nm1500nm 波长 g. .使用 1540nm1560nm 波长实现 .CATV 业务 (可选 ) 从 EPON 的结构上看 )其关键优点是消除了复杂而昂贵的 ATM 和 SDH 网元 )从而极大地简化了传统的多层重叠网络结构。 EPON 的主要特点有 : a. 消除了 ATM 和 SDH 层 )从而降低了设备成本和运行成本 b. 与现有以太网的兼容 c. 下行业务速率高达 1Gbit/s)按 64 个 ONU 计算返回的上行业务速率可超过 800Mbit/s d. 由于硬件简单 )无须外场电子设备 )使安装部署工作得以简化 e. 改进 了电路的灵活指配和业务的提供和重配置能力 f. 易于在 EPON 结构上开发更宽范围和更灵活的业务 EPON 的复用原理 EPON 上行复用技术 由于 EPON是一个点对多点的结构 ,决定了 EPON的上行必须支持多址接入。 可以使用时分多址复用技术 (TDMA)和波分多址复用技术 (WDMA)。 WDMA 的主要问题是 :虽然提供供 Gbit/s 以上的带宽给每个 ONU,但是波分复用沟光器件价格较高 ,导致采用 WDMA 技术的 EPON 系统价格昂贵 ,在当前来看 ,不具有市场竞争力。 受本文的范围所限 ,不介绍 WDMA 技术。 TDMA 具有 N(16 或者 32)个 ONU 只需要一个 OLT 转发和单一波长上行 )而且提供的带宽也能满足业务发展的需要。 故得到一泛应用。 EPON 上行 TDMA 复用原理如图 所示 OLT 安排好各 ONU 允许发送上行信号的时候 ,OLT 发出时隙分配帧。 ONT 根据时隙分配帧 ,在 OLT 分配给它的时隙中发送自己的上行信号。 这样 ,ONT 之间就可以共享 EPON 上行光纤了 . 即多个 ONU 共享有限的仁行通道带宽 ， 为提高上行带宽利用率 ,EPON 还提供了带宽分配机制。 EPON 下行复用技术 和上行 TDMA 技术相对应的下行技术 采用广播方式 :在下行方向上 OLT 通过 1:N 的无源分路器将 Ether 帧发送给每个 ONU N 通常为 464。 这类似于共享媒质网络。 EPON 的下行方向是 .广播式的发送以太帧 各个 ONU 根据自的LLID(Logical Link Identifier)提取属于自己的数据信息。 如图 所示 EPON 的协议栈 图 描述了 EPON 系统的协议分层以及与 ISO/ICE OSI 参考模型之间的关系 EPON 标准定义了多点控制协议 (MPCP)、点对点仿真 (RS 子层扩展 )、 OAM、 PMD 各层功能概述如 下 : OAM 层 ,使用 OAM 协议数据单元 ,管理、测试和诊断已激活 OAM 功能的链路 多点 MAC 控制 ,使用 MPCP(多点控制协议 ),实现点对多点的 MAC 控制 MAC,实现对 Media 的控制 RS,Reconciliation Sublayer 调和子层 调和多种数据链路层能够使用统一的物理层接口 . PCS:Physical Code Sublayer 物理编码子层 支持在点对多点物理介质中的突发模式 +支持 FEC 算法 FEC:Forward ErrorCorrection 前向纠错 使用二进制运算 (例如 Galois 算法 )附加一定的纠错码用于在接收端进行数据校验和纠错 PMA:Physical Medium Attachment 物理媒质附加子层 ,支持 P2MP 功能 实现PMD 的扩展 PMD:Physical Medium Dependent 物理媒质相关子层 (使用 1000BASEPX 接口 )实现 PMD 服务接口和 MDI 接口之间的数据收发功能 EPON 的帧结构 EPON 帧格式基本与 的以太数据帧格式兼容 在此基础上新增了LLID( Logical Link Identifier 逻辑链路标记 ),用于在 OLT 上标识 ONU EPON 系统使用多点控制协议 (MultiPoint Control )中的REPORT 和 GATE 控制消息在 PON 中进行请求和发送授权。 这是最基本的在 PON 中控制数据传送的机制。 更高层的功能使用它进行带宽分配、 ONU 的同步和测距。 接收 GATE 消息并反馈 REPORT 消息的实体我们称为逻辑链路。 并且用逻辑链路标识符 (Logical Link )来表示 LLID 是 EPON 系统分配给逻辑链接的一种数字标识。 每一个逻辑链接都会分配到不同的 LHD。 在 EPON 系统中。 LLID 是由网管通过 OLT 分配的。 OLT 可以通过 LLID 辨别帧是由哪个发来的或者通过修改帧中的 LHD 将帧转发到相应的 ONU处。 于是 ,我们就能够建立起 OLT 到 ONU,ONU 到 OLT 的通路。 完成 OLT 与 ONU 之间以及 ONU 与 ONU 之间的通信。 每个 ONU 的 LLID 的数目是可以通过设置选择的每个 LLID 可以支持一个或者多个队列收发用户的数据。 在 IEEE ah20xx 标准已经采用了一种非对称的模式 ,即 REPORT 中包含一个 LLID 中的多个队列的信息。 而 GATE 集合了一个 LLID 包 含的所有队列相关的上行带宽授权。 很明显一个 ONU 所包含 LLID 的数量对系统的性能有很大的影响。 事实上这也是在设计 EPON 系统时的一个主要目标。